WO2023054529A1 - 気密端子 - Google Patents

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WO2023054529A1
WO2023054529A1 PCT/JP2022/036297 JP2022036297W WO2023054529A1 WO 2023054529 A1 WO2023054529 A1 WO 2023054529A1 JP 2022036297 W JP2022036297 W JP 2022036297W WO 2023054529 A1 WO2023054529 A1 WO 2023054529A1
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ceramic substrate
hole
airtight terminal
terminal according
opening
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English (en)
French (fr)
Inventor
遥 大村
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京セラ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R9/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, e.g. terminal strips or terminal blocks; Terminals or binding posts mounted upon a base or in a case; Bases therefor
    • H01R9/16—Fastening of connecting parts to base or case; Insulating connecting parts from base or case

Definitions

  • the present disclosure relates to airtight terminals.
  • vacuum pumps such as turbomolecular pumps use airtight terminals to supply electrical signals from the outside of the vacuum pump to the inside, which is the vacuum space.
  • an airtight terminal generally includes a cylindrical metal sleeve, a disk-shaped insulating substrate brazed to the inner peripheral surface of the metal sleeve and having a through hole in the axial direction, and a and a lead pin (conducting member) with a washer (annular member).
  • a metal layer (metallized layer) is formed on the inner peripheral surface of the through-hole to a depth of 200 ⁇ m to 5 mm from the peripheral edge of the through-hole of the insulating substrate and the opening of the through-hole.
  • a hermetic terminal is described.
  • a washer and a lead pin are fixed to this metal layer by brazing.
  • the airtight terminal according to the present disclosure includes a cylindrical metal sleeve, a ceramic substrate fixed to the inner peripheral surface of the metal sleeve and having a through hole along the axial direction of the metal sleeve, and a ceramic substrate inserted into the through hole. and a columnar conductive member joined by a brazing material.
  • the through-hole has a first opening and a second opening opening in an inverted frustum shape from both ends in the axial direction.
  • a metallized layer is coated over the entire inner peripheral surface of the through-hole of the ceramic substrate.
  • a vacuum pump according to the present disclosure includes this airtight terminal.
  • FIG. 1 is a plan view of an airtight terminal according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a cross section taken along line XX shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is an enlarged explanatory view for explaining a region Y shown in FIG. 2
  • 3 is an enlarged explanatory view for explaining another embodiment of the region Y shown in FIG. 2
  • FIG. 3 is an enlarged explanatory view for explaining another embodiment of the region Y shown in FIG. 2
  • FIG. 3 is an enlarged explanatory view for explaining another embodiment of the region Y shown in FIG. 2
  • FIG. 3 is an enlarged explanatory view for explaining another embodiment of the region Y shown in FIG. 2
  • FIG. 3 is an enlarged explanatory view for explaining another embodiment of the region Y shown in FIG. 2;
  • the end of the metal layer formed on the inner peripheral surface of the through-hole of the insulating substrate is positioned inside the through-hole. Become. If the end of the metal layer is located in the through-hole, cracks may occur from the tip of the metal portion toward the insulating base made of ceramic when force majeure is applied.
  • An object of the present disclosure is to provide an airtight terminal that can reduce the occurrence of cracks extending from the tip of the metallized layer toward the ceramic substrate even if force majeure is applied from the outside, and that can maintain airtightness for a long period of time. is.
  • the metallized layer is coated over the entire inner peripheral surface facing the conductive member in the through hole of the ceramic substrate.
  • the edge of the metallization layer is not positioned within the through-hole. Therefore, according to the airtight terminal according to the present disclosure, even if force majeure is applied from the outside, it is possible to reduce the occurrence of cracks extending from the tip of the metallized layer toward the ceramic substrate, and it is possible to maintain airtightness for a long period of time. .
  • FIG. 1 is a plan view showing an airtight terminal 1 according to one embodiment.
  • the metal sleeve 2 has a cylindrical shape, and as long as it is cylindrical, the shape is not limited, such as a cylindrical shape, a rectangular cylindrical shape (for example, a triangular cylindrical shape, a square cylindrical shape, a pentagonal cylindrical shape, a hexagonal cylindrical shape, etc.).
  • the size of the metal sleeve 2 may be appropriately set according to the device provided with the airtight terminal 1 or the like.
  • the length of the metal sleeve 2 is, for example, 15 mm or more and 30 mm or less, and the outer diameter is 20 mm or more and 30 mm or less.
  • the outer diameter in the case of a rectangular tube means the length of the longest outer edge.
  • the metal sleeve 2 is made of, for example, carbon steel, low alloy steel, tool steel, stainless steel, iron, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, molybdenum, molybdenum alloy, Fe—Ni alloy, Fe—Ni—Cr—Ti— Al alloy, Fe--Cr--Al alloy, Fe--Co--Cr alloy Fe--Co alloy, Fe--Co--C alloy, Fe--Ni alloy or Fe--Ni--Co alloy there is
  • Carbon steel is an alloy of Fe and 0.02 to 2.14% by mass of C, and contains Si, Mn, P and S in addition to C.
  • Examples of such carbon steel include S10C, S12C, S15C, S17C, S20C, S22C, S25C, S28C, S30C, S33C, S35C, S38C, S40C, S43C, S45C, and S48C defined in JIS G 4051:2016. , S50C, S53C, S55C, S58C, S60C, S65C, S70C, and S75C.
  • Low alloy steel contains at least one of Al, B, Co, Cr, Cu, La, Mo, Nb, Ni, Pb, Se, Te, Ti, V, W and Zr, and the content of these elements Carbon steel with a total of 5% by mass or less.
  • Tool steel refers to carbon tool steel specified in JIS G 4401:2009 and alloy tool steel specified in JIS G 4404:2006.
  • Stainless steel is an alloy of Fe and 10.5% by mass or more of Cr, with a C content of 1.2% or less. be done.
  • Stainless steel is, for example, SUS304, SUS304L, SUS304ULC, SUS310ULC or SUSXM15J1.
  • the ceramic substrate 3 is a member for fixing the conduction member 4 to be described later inside the metal sleeve 2 .
  • the ceramic substrate 3 is fixed by the outer peripheral surface of the ceramic substrate 3 and the inner wall surface of the metal sleeve 2, as shown in FIGS. That is, the ceramic substrate 3 is formed according to the inner diameter of the metal sleeve 2 .
  • the thickness of the ceramic substrate 3 may be any thickness that allows the conductive member 4 to be fixed, and is, for example, 4 mm or more and 10 mm or less.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a cross section taken along line XX shown in FIG.
  • the ceramic substrate 3 is not limited as long as it is made of ceramics.
  • ceramics include ceramics containing aluminum oxide, aluminum nitride, silicon carbide, or silicon nitride as a main component.
  • the term "main component” refers to a component that accounts for 80% by mass or more of the total 100% by mass of the components that make up the ceramics.
  • Each component contained in the ceramics is identified by an X-ray diffractometer using CuK ⁇ rays, and the content of each component may be determined by, for example, an ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectrometer or a fluorescent X-ray spectrometer.
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • the ceramic substrate 3 has through holes 31 along the axial direction of the metal sleeve 2 .
  • the through-hole 31 is a through-hole for inserting the conducting member 4 , and the diameter of the through-hole 31 is appropriately set according to the outer diameter of the conducting member 4 .
  • At least one through-hole 31 may be formed in the ceramic substrate 3, and is appropriately set according to the number of the conductive members 4 to be inserted.
  • the annular member 5 is positioned on the surface of the ceramic substrate 3.
  • the annular member 5 corresponds to a washer, and is made of, for example, carbon steel, low alloy steel, tool steel, stainless steel, iron, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, molybdenum, molybdenum alloy, Fe—Ni alloy, Fe—Ni. -Cr-Ti-Al alloy, Fe-Cr-Al alloy, Fe-Co-Cr alloy Fe-Co alloy, Fe-Co-C alloy, Fe-Ni alloy or Fe-Ni-Co alloy made of metal. Definitions of carbon steel, low alloy steel, tool steel and stainless steel are given above.
  • the annular member 5 is not limited as long as it is smaller than the width and thickness of the ceramic substrate 3 and has a size that allows the conductive member 4 to be inserted.
  • the outer diameter of the annular member 5 is approximately 1.2 times or more and 2 times or less the outer diameter of the conducting member 4, and particularly 1.4 times or more and 1.8 times or less. Good to have.
  • the thickness is about 0.1 mm or more and 0.5 mm or less.
  • the annular member 5 is a member that is used as needed, and has a second through hole positioned coaxially with the through hole 31 formed in the ceramic substrate 3 .
  • the second through-hole is a through-hole for inserting the conducting member 4 , and the diameter of the second through-hole is appropriately set according to the outer diameter of the conducting member 4 .
  • the annular member 5 may be located on one surface of the ceramic substrate 3 as shown in FIG. 2, or may be located on both surfaces.
  • the conducting member 4 corresponds to a lead pin, and the shape is not limited as long as it has a columnar shape such as a columnar shape, a prismatic shape (for example, a triangular prismatic shape, a square prismatic shape, a pentagonal prismatic shape, a hexagonal prismatic shape, etc.).
  • the length and outer diameter of the conducting member 4 are appropriately set according to the size of the metal sleeve 2, for example.
  • the conductive member 4 is made of metal such as copper, oxygen-free copper (for example, alloy number C1020 defined in JIS H 3100:2012 or alloy number C1011 defined in JIS H 3510:2012). .
  • At least one conductive member 4 may be included, and the number of conductive members 4 may be appropriately set according to the use of the airtight terminal 1 or the like.
  • the conducting member 4 is inserted into the through hole 31 formed in the ceramic substrate 3 and the second through hole formed in the annular member 5 and fixed to the ceramic substrate 3 .
  • the surface of the ceramic substrate 3 is brazed using a brazing material 6 so as to cover the annular member 5 .
  • the brazing material 6 include BAg-8, BAg-8A, BAg-8B, and BAg-9.
  • FIG. 3 is an enlarged explanatory diagram for explaining the region Y shown in FIG. Since the metallized layer 32 is coated over the entire inner peripheral surface of the through hole 31 formed in the ceramic substrate 3 in this way, even if force majeure is applied from the outside, the tip of the metallized layer 32 does not reach the ceramic substrate 3 . The occurrence of cracks directed toward is suppressed. As a result, airtightness can be maintained for a long period of time.
  • the metal forming the metallized layer 32 is not limited, and examples thereof include Mo--Mn alloy and Ag--Cu--Ti alloy.
  • the metallized layer 32 may have a thickness of, for example, 15 ⁇ m or more and 45 ⁇ m or less.
  • the metallized layer 3 is made of a Mo--Mn alloy, the metallized layer 32 may be coated with a Ni plating layer in order to suppress the oxidation of Mo.
  • the thickness of the Ni plating layer is, for example, 3 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the metallized layer 32 may be thicker at the central portion in the axial direction than at both axial end portions of the through hole 31 .
  • the central portion of the through-hole 31 may be thicker than the both end portions.
  • Both ends in the axial direction mean the vicinity of the first opening 31a and the vicinity of the second opening 31b. Stress is likely to occur in the ceramic substrate 3 in the vicinity of both ends. In order to reduce the stress applied to the ceramic substrate 3, it is preferable to thin the metallized layer 32 at both ends.
  • the brazing material 6 expands and contracts in the vertical direction due to repeated heating and cooling, the central portion in the axial direction is less affected by the expansion and contraction. As a result, even if heating and cooling are repeated and cracks are generated in the metallized layer 32 or the ceramic substrate 3, the progress of the cracks can be suppressed.
  • the metallized layer 32 may extend to the peripheral edge of at least one of the first opening 31a and the second opening 31b of the ceramic substrate 3, as shown in FIG. Even if force majeure is applied from the outside, the occurrence of cracks extending from the tip of the metallized layer 32 to the ceramic substrate 3 is suppressed. As a result, airtightness can be maintained for a long period of time.
  • the through-hole 31 has a first opening 31a and a second opening 31b opening in an inverted frustum shape from both ends in the axial direction.
  • first opening 31a and the second opening 31b have a shape that opens in an inverted truncated pyramid shape, compared to a shape other than an inverted truncated pyramid shape (for example, an inverted cone shape or an inverted pyramid shape).
  • the stress of the ceramic substrate 3 near the first opening 31a and the second opening 31b is dispersed. As a result, even if heating and cooling are repeated, the ceramic substrate 3 is less likely to crack and can be used for a long period of time.
  • the inverted truncated cone shape may be an inverted truncated cone shape, an inverted truncated pyramid shape, or the like depending on the shape of the conductive member 4 (the shape of the first through hole 3a). As shown in FIG. 1, when the conductive member 4 is cylindrical, the inverted truncated cone shape becomes an inverted truncated cone shape.
  • the first opening 31 a and the second opening 31 b are symmetrical with respect to a virtual plane perpendicular to the axial direction of the through hole 31 and passing through the center of the thickness of the ceramic substrate 3 .
  • uneven distribution of stress in the thickness direction (axial direction) of the ceramic substrate 3 is suppressed.
  • cracks or the like are less likely to occur in the ceramic substrate 3, and the ceramic substrate 3 can be used for a long period of time.
  • the brazing material 6 positioned between the through hole 31 formed in the ceramic substrate 3 and the conductive member 4 may have a long gap in the thickness direction of the ceramic substrate 3 . Due to the presence of such voids, residual stress is relaxed even if heating and cooling are repeated. At least one tip side of the gap may have a convex curved surface. When at least one tip side of the gap has a convex curved surface, stress concentration is suppressed at the tip of the convex curved surface side. As a result, the occurrence of cracks from the tip on the convex curved surface side is suppressed.
  • the annular member 5 may be covered with brazing material 6 from the top surface to the side surface.
  • the conductive member 4 is less likely to come off even if a high pressure is applied to the annular member 5 from the outside.
  • the brazing filler metal 6 may form a fillet from above the upper surface of the annular member 5 toward the outside of the outer peripheral surface of the annular member 5 .
  • the contact area of the brazing material 6 with respect to the ceramic substrate 3 , the conductive member 4 and the annular member 5 can be increased.
  • the ceramic substrate 3 is provided with the extending metallized layer 32 and a plated layer (not shown) covering the metallized layer 32, the contact area of the brazing material 6 with respect to the plated layer instead of the ceramic substrate 3 can be expanded. As a result, even if a pulling force is applied to the outside, it becomes difficult to peel off, and it can be used for a long period of time.
  • the cross-sectional profile of the brazing material 6 may have concave surfaces 7a, 7b. Since the concave surfaces 7a and 7b are provided, the volume of the brazing material 6 can be reduced compared to the case where the concave surfaces 7a and 7b are not provided. Therefore, the stress applied to the ceramic substrate 3 is reduced, and the occurrence of cracks in the ceramic substrate 3 can be particularly suppressed. In particular, since it has the concave surface 7a, the stress applied to the ceramic substrate 3 is reduced.
  • a convex surface 8 is formed at the boundary between the concave surfaces 7a and 7b.
  • the top of the convex surface 8 may be close to the line of intersection between the upper surface of the annular member 5 and the outer peripheral surface.
  • the thickness of the brazing filler metal near the convex surface 8 is thin. Therefore, the stress applied to the ceramic substrate 3 is reduced, and the occurrence of cracks in the ceramic substrate 3 can be particularly suppressed.
  • the average curvature radius of the convex surface 8 may be 60 ⁇ m or more and 190 ⁇ m or less.
  • the bonding strength of the conductive member 4 to the ceramic substrate 3 is improved, and when a plurality of conductive members 4 are arranged along the axial direction of the metal sleeve 2, , it is possible to suppress the short circuit between the adjacent conducting members 4 due to the brazing material 6 .
  • the conduction member 4 is columnar, the convex surface 8 will have a ring shape surrounding the conduction member 4 .
  • the average curvature radius of the convex surface 8 can be measured using a shape analysis laser microscope (manufactured by Keyence Corporation, an ultra-depth color 3D shape measuring microscope (VK-X1100 or its successor model)).
  • profile measurement may be performed by setting the illumination method to coaxial illumination, the magnification to 120, and the measurement range including the convex surface 8 to, for example, 2792 ⁇ m ⁇ 2093 ⁇ m per point.
  • one measurement range four lines to be measured are drawn from the conductive member 4 side toward the ceramic substrate 3 side so as to include the convex surface 8 .
  • the length of one line is, for example, 200 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • At least 3 measurement ranges should be set, and at least 12 lines should be measured.
  • Let the average value of the measured values obtained from the 12 lines to be measured be the average radius of curvature of the convex surface 8 .
  • FIG. 5 An airtight terminal 50 according to another embodiment of the present disclosure will be described based on FIG. A configuration different from the one embodiment will be described.
  • a portion of the annular member 5 may be positioned inside the first opening 31 a of the ceramic substrate 3 . That is, the lower surface of the annular member 5 may be located at a distance D in the axial direction of the first through hole 31 from the surface of the ceramic substrate 3 to the first opening 31a side.
  • the volume of the brazing material 6 in the first through hole 31 is reduced by the annular member 5 . Therefore, the stress applied to the ceramic substrate 3 adjacent to the first through hole 31 is reduced, and the occurrence of cracks in the ceramic substrate 3 can be particularly suppressed.
  • FIG. 6 An airtight terminal 60 according to another embodiment of the present disclosure will be described based on FIG. A configuration different from the one embodiment will be described.
  • the distance between the outer peripheral surface of the conducting member 4 and the inner peripheral surface of the annular member 5 may not be uniform.
  • the distance between the outer peripheral surface of the conductive member 4 and the inner peripheral surface of the annular member 5 is W1 on the left side of the paper surface and W2 on the right side of the paper surface, where W1>W2. It is preferable to have such a structure.
  • W1 is larger than W2
  • the volume of the brazing material 6 between the first region 51 and the conductive member 4 increases in the area on the left side of the drawing.
  • W1 is larger than W2
  • the distance between the convex surface 8 and the line of intersection between the upper surface of the annular member 5 and the outer peripheral surface can be reduced in the area on the left side of the drawing.
  • the volume of the brazing material 6 between the first area 51 and the conducting member 4 increases. In the area on the right side of the page, the volume of the brazing material 6 between the first area 51 and the conducting member 4 decreases.
  • the surface roughness curve of the plated layer is 25 % load length ratio and the cut level at 75% load length ratio in the roughness curve. greater than the average value of the cut level difference R ⁇ c2 representing the difference between the cut level at 25% load length factor on the roughness curve of the part and the cut level at 75% load length factor on the roughness curve good too.
  • the anchoring effect of the brazed portion is enhanced, so the bonding strength of the brazed portion to the plating layer can be increased.
  • the average value of the cutting level difference R ⁇ c2 is smaller than the average value of the cutting level difference R ⁇ c1
  • the adhesion of the extended metallized layer 32 to 3 is improved. Furthermore, variations in the thickness of the extended metallized layer 32 are also suppressed.
  • the cutting level differences R ⁇ c1 and R ⁇ c2 can be measured using a shape analysis laser microscope (manufactured by Keyence Corporation, an ultra-depth color 3D shape measuring microscope (VK-X1100 or its successor)).
  • the illumination system is coaxial illumination, the magnification is 60 times, the cutoff value ⁇ s is absent, the cutoff value ⁇ c is 0.8 mm, the cutoff value ⁇ f is absent, and the end effect is corrected.
  • the measurement targets the surface of the plated layer around the conductive member 4 and the exposed portion of the surface of the ceramic substrate 3, and the measurement range per location is, for example, 5657 ⁇ m ⁇ 4232 m.
  • a circumference C1 to be measured centered on the axis of the conductive member 4 is drawn on the surface of the plated layer.
  • the length per circumference is, for example, 6.2 mm or more and 6.6 mm or less.
  • a circumference C2 is drawn on the exposed portion of the surface of the ceramic substrate 3 coaxially with the circumference C1.
  • the length per circumference is, for example, 7.8 mm or more and 8.3 mm or less.
  • the measured values of the cutting level differences R ⁇ c1 and R ⁇ c2 may be obtained so as to be the same as the number of the conductive members 4, and the respective average values may be calculated. When there is only one conductive member 4, the measured value of the cutting level difference R.delta.c1 and the measured value of the cutting level difference R.delta.c2 can be compared.
  • the average value of the cutting level difference R ⁇ c1 is 4 ⁇ m or more and 7 ⁇ m or less, and the average value of the cutting level difference R ⁇ c2 is 1 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less.
  • the difference between the average value of the cutting level differences R ⁇ c1 and the average value of the cutting level differences R ⁇ c2 is preferably 2 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the airtight terminal 1 is manufactured, for example, by the following procedure.
  • the metal sleeve 2 is prepared.
  • a ceramic substrate 3 is fixed to the inner peripheral surface of this metal sleeve 2 .
  • the inner peripheral surface of the through hole 31 formed in the ceramic substrate 3 is metallized over the entire surface in advance to form a metallized layer 32 .
  • Metallization is performed by, for example, the molybdenum-manganese method (Mo--Mn method).
  • Mo--Mn method molybdenum-manganese method
  • the annular member 5 is placed on the ceramic substrate 3 so that the through hole 31 formed in the ceramic substrate 3 and the second through hole formed in the annular member 5 overlap.
  • the conducting member 4 is inserted into the through hole 31 and the second through hole, and the ceramic substrate 3 and the conducting member 4 and the annular member 5 are fixed with the brazing material 6 so as to cover the annular member 5 from the upper surface to the side surface. do.
  • the mass of the brazing material 6 and the brazing temperature By adjusting the mass of the brazing material 6 and the brazing temperature, the shape of the fillet can be controlled.
  • the airtight terminal 1 according to one embodiment is obtained.
  • the ceramic substrate 3 may be fixed to the inner peripheral surface of the metal sleeve 2 after the conducting member 4 and the annular member 5 are previously fixed to the ceramic substrate 3 with the brazing material 6 .
  • a method of manufacturing an airtight terminal 40 according to another embodiment having recesses 7a, 7b and projections 8 shown in FIG. 4 will be described.
  • the metal sleeve 2 is prepared.
  • a ceramic substrate 3 is fixed to the inner peripheral surface of this metal sleeve 2 .
  • the annular member 5 is coated with the brazing material 6 in advance.
  • a paste made of fine powder of the brazing material 6 and an organic solvent is applied to the entire periphery of the annular member 5, that is, the upper surface, the lower surface, the inner peripheral surface, and the outer peripheral surface. It can be produced by heating and cooling.
  • the annular member 5 is attached to the ceramic substrate 3 so that the first through hole 31 formed in the ceramic substrate 3 and the second through hole (previously coated with the brazing material 6) formed in the annular member 5 overlap each other. to be placed.
  • the conductive member 4 is inserted into the first through hole 3 a and the second through hole, and the ceramic substrate 3 and the conductive member 4 and the annular member 5 are fixed with the brazing material 6 so as to cover the annular member 5 .
  • an airtight terminal 40 according to another embodiment is obtained.
  • a method of manufacturing an airtight terminal 50 according to another embodiment in which a part of the annular member 5 is positioned inside the first opening 3a' of the ceramic substrate 3 shown in FIG. 5 will be described.
  • the lower surface of the annular member 5 is placed on the ceramic substrate when the annular member 5 is placed.
  • the annular member 5 is fixed.
  • the airtight terminal 60 with different distances W1 and W2 as shown in FIG. 6 can be manufactured as follows. As a first manufacturing method, the annular member 5 is placed on the ceramic substrate 3, and when the conducting member 4 is inserted, the interval between the conducting member 4 and the annular member 5 is made uneven. After that, the annular member 4 and the conducting member 5 are fixed with the brazing material 6 .
  • the metal sleeve 2 is prepared.
  • a ceramic substrate 3 is fixed to the inner peripheral surface of this metal sleeve 2 .
  • the annular member 5 is placed on the ceramic substrate 3 so that the first through hole 31 formed in the ceramic substrate 3 and the second through hole formed in the annular member 5 overlap.
  • the conductive member 4 is inserted into the first through hole 3a and the second through hole so that the interval between the conductive member 4 and the annular member 5 is uneven. After that, the annular member 4 and the conducting member 5 are fixed with the brazing material 6 .
  • the axial direction is inclined by 10 to 30° with respect to gravity. After that, the brazing material 6 is melted by heating while maintaining the tilted state, and further cooled to solidify the brazing material 6 .
  • the metal sleeve 2 is prepared.
  • a ceramic substrate 3 is fixed to the inner peripheral surface of this metal sleeve 2 .
  • the annular member 5 is placed on the ceramic substrate 3 so that the first through hole 3a formed in the ceramic substrate 3 and the second through hole formed in the annular member 5 overlap each other.
  • the conducting member 4 is inserted into the first through hole 3a and the second through hole.
  • the ceramic substrate 3 is tilted so that the axial direction of the annular member 5 is tilted by 10 to 30° with respect to the vertical direction.
  • the brazing material 6 is heated and then cooled to fix the conducting member 4 and the annular member 5 .
  • an airtight terminal 60 according to another embodiment is obtained.
  • the upper surface of the ceramic substrate 3 may be ground or polished in advance.
  • the airtight terminal 1 is used in various devices.
  • Such devices include, for example, vacuum pumps and plasma processing devices such as plasma deposition devices, plasma etching devices, and plasma ashing devices.
  • Reference Signs List 1 40, 50, 60 airtight terminal 2 metal sleeve 3 ceramic substrate 31 through hole 31a first opening 31b second opening 32 metallized layer 4 conductive member 5 annular member 6 brazing material

Landscapes

  • Connections Arranged To Contact A Plurality Of Conductors (AREA)

Abstract

本開示に係る気密端子は、筒状の金属スリーブと、金属スリーブの内周面に固定され、金属スリーブの軸方向に沿って貫通孔を有するセラミック基板と、貫通孔に挿入され、セラミック基板にろう材によって接合された柱状の導通部材とを含む。貫通孔は、軸方向の両端からそれぞれ逆錐台状に開く第１開口部および第２開口部を有する。セラミック基板の貫通孔の内周面全面にわたって、メタライズ層が被着されている。

Description

気密端子
　本開示は、気密端子に関する。
　従来、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプでは、真空ポンプの外部から真空空間である内部に電気信号を供給するため、気密端子が使用されている。このような気密端子は、一般的に、筒状の金属スリーブと、金属スリーブの内周面にろう付けされた軸方向に貫通孔を有する円板状の絶縁基体と、貫通孔に固定されたワッシャー（環状部材）を有するリードピン（導通部材）とを含む。
　このような気密端子として、例えば特許文献１には、絶縁基体の貫通孔周縁部および貫通孔の開口部から２００μｍ～５ｍｍの深さまで貫通孔の内周面に金属層（メタライズ層）が形成された気密端子が記載されている。この金属層に、ワッシャーおよびリードピンがろう付けによって固定されている。
特開平１１－１６６２０号公報
　本開示に係る気密端子は、筒状の金属スリーブと、金属スリーブの内周面に固定され、金属スリーブの軸方向に沿って貫通孔を有するセラミック基板と、貫通孔に挿入され、セラミック基板にろう材によって接合された柱状の導通部材とを含む。貫通孔は、軸方向の両端からそれぞれ逆錐台状に開く第１開口部および第２開口部を有する。セラミック基板の貫通孔の内周面全面にわたって、メタライズ層が被着されている。本開示に係る真空ポンプは、この気密端子を備える。
本開示の一実施形態に係る気密端子を示す平面図である。 図１に示すＸ－Ｘ線で切断した際の断面を説明するための説明図である。 図２に示す領域Ｙを説明するための拡大説明図である。 図２に示す領域Ｙの他の実施形態を説明するための拡大説明図である。 図２に示す領域Ｙの他の実施形態を説明するための拡大説明図である。 図２に示す領域Ｙの他の実施形態を説明するための拡大説明図である。
　上記のように、厚みが５ｍｍを超えるような比較的厚い絶縁基体を使用する場合、絶縁基体の貫通孔の内周面に形成された金属層の端部は、貫通孔内に位置することになる。金属層の端部が貫通孔内に位置していると、不可抗力がかかった場合に、金属部の先端からセラミックで形成された絶縁基体に向かってクラックが発生するおそれがある。
　本開示の課題は、外部から不可抗力がかかっても、メタライズ層の先端からセラミック基板に向かうクラックの発生を低減することができ、長期間にわたって気密性を維持することができる気密端子を提供することである。
　上記のように、本開示に係る気密端子において、セラミック基板の貫通孔において、導通部材に対向する内周面全面にわたって、メタライズ層が被着されている。このような構造を有することによって、メタライズ層の端部が貫通孔内に位置しなくなる。したがって、本開示に係る気密端子によれば、外部から不可抗力がかかっても、メタライズ層の先端からセラミック基板に向かうクラックの発生を低減することができ、長期間にわたって気密性を維持することができる。
　本開示の一実施形態に係る気密端子を、図１～３に基づいて説明する。図１に示す一実施形態に係る気密端子１は、金属スリーブ２、セラミック基板３および導通部材４を含む。図１は、一実施形態に係る気密端子１を示す平面図である。
　金属スリーブ２は筒状を有しており、筒状であれば、円筒状、角筒状（例えば、三角筒状、四角筒状、五角筒状、六角筒状など）など形状は限定されない。金属スリーブ２の大きさは、気密端子１を備える装置などに応じて適宜設定すればよい。金属スリーブ２の長さは、例えば、１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、外径は２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。角筒状の場合の外径は、最も長い外縁の長さを意味する。金属スリーブ２は、例えば、炭素鋼、低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、鉄、銅、銅合金、チタン、チタン合金、モリブデン、モリブデン合金、Ｆｅ－Ｎｉ合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｔｉ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃｒ合金Ｆｅ－Ｃｏ系合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ系合金またはＦｅ－Ｎｉ－Ｃｏ系合金などの金属で形成されている。
　炭素鋼とは、Ｆｅと０．０２～２．１４質量％のＣとの合金であり、Ｃ以外にＳｉ、Ｍｎ、ＰおよびＳが含まれる。このような炭素鋼としては、例えば、ＪＩＳ　Ｇ　４０５１：２０１６で規定されるＳ１０Ｃ、Ｓ１２Ｃ、Ｓ１５Ｃ、Ｓ１７Ｃ、Ｓ２０Ｃ、Ｓ２２Ｃ、Ｓ２５Ｃ、Ｓ２８Ｃ、Ｓ３０Ｃ、Ｓ３３Ｃ、Ｓ３５Ｃ、Ｓ３８Ｃ、Ｓ４０Ｃ、Ｓ４３Ｃ、Ｓ４５Ｃ、Ｓ４８Ｃ、Ｓ５０Ｃ、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５Ｃ、Ｓ５８Ｃ、Ｓ６０Ｃ、Ｓ６５Ｃ、Ｓ７０Ｃ、Ｓ７５Ｃなどが挙げられる。
　低合金鋼とは、Ａｌ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｔｉ、Ｖ、ＷおよびＺｒの少なくともいずれかを含み、これらの元素の含有量の合計が５質量％以下の炭素鋼をいう。
　工具鋼は、ＪＩＳ　Ｇ　４４０１：２００９で規定される炭素工具鋼材およびＪＩＳ　Ｇ　４４０４：２００６で規定される合金工具鋼材をいう。
　ステンレス鋼とは、Ｆｅと１０．５質量％以上のＣｒとの合金であり、Ｃの含有量が１．２％以下のものをいい、これ以外の成分は、例えば、ＩＳＯ　１５５１０:２０１４で規定される。ステンレス鋼は、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０４ＵＬＣ、ＳＵＳ３１０ＵＬＣまたはＳＵＳＸＭ１５Ｊ１である。
　セラミック基板３は、金属スリーブ２内で、後述する導通部材４を固定するための部材である。セラミック基板３は、図１および２に示すように、セラミック基板３の外周面と金属スリーブ２の内壁面とで固定されている。すなわち、セラミック基板３は、金属スリーブ２の内径に応じて形成される。セラミック基板３の厚みは、導通部材４を固定し得る厚みであればよく、例えば、４ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。図２は、図１に示すＸ－Ｘ線で切断した際の断面を説明するための説明図である。
　セラミック基板３は、セラミックスで形成されていれば、限定されない。このようなセラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素または窒化珪素を主成分とするセラミックスなどが挙げられる。
　本明細書において「主成分」とは、セラミックスを構成する成分の合計１００質量％における８０質量％以上を占める成分をいう。セラミックスに含まれる各成分の同定は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置で行い、各成分の含有量は、例えばＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置により求めればよい。
　セラミック基板３は、金属スリーブ２の軸方向に沿って貫通孔３１を有する。貫通孔３１は、導通部材４を挿入するための貫通孔であり、導通部材４の外径に応じて、貫通孔３１の径は適宜設定される。貫通孔３１は、セラミック基板３に少なくとも１つ形成されていればよく、挿入される導通部材４の数に応じて、適宜設定される。
　図２に示すように、セラミック基板３の表面に環状部材５が位置している。環状部材５は、ワッシャーに相当し、例えば、炭素鋼、低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、鉄、銅、銅合金、チタン、チタン合金、モリブデン、モリブデン合金、Ｆｅ－Ｎｉ合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｔｉ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃｒ合金Ｆｅ－Ｃｏ系合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ系合金またはＦｅ－Ｎｉ－Ｃｏ系合金などの金属で形成されている。炭素鋼、低合金鋼、工具鋼およびステンレス鋼の定義は、上述した通りである。
　環状部材５は、セラミック基板３の幅および厚みよりも小さく、導通部材４を挿入し得る大きさであれば限定されない。環状部材５の大きさは、例えば、環状部材５の外径は、導通部材４の外径の１．２倍以上２倍以下程度であり、特に、１．４倍以上１．８倍以下であるとよい。厚みは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下程度である。
　環状部材５は、必要に応じて使用される部材であり、セラミック基板３に形成された貫通孔３１と同軸上に位置する第２貫通孔を有する。第２貫通孔は、導通部材４を挿入するための貫通孔であり、導通部材４の外径に応じて、第２貫通孔の径は適宜設定される。環状部材５は、図２に示すように、セラミック基板３の一方の表面に位置していてもよく、両表面に位置していてもよい。
　導通部材４はリードピンに相当し、円柱状、角柱状（例えば、三角柱状、四角柱状、五角柱状、六角柱状など）など柱状を有していれば、形状は限定されない。導通部材４の長さおよび外径は、例えば、金属スリーブ２の大きさに応じて適宜設定される。導通部材４は、例えば、銅、例えば、無酸素銅（例えば、ＪＩＳ　Ｈ　３１００：２０１２に定める合金番号がＣ１０２０あるいはＪＩＳ　Ｈ　３５１０：２０１２に定める合金番号がＣ１０１１など）などの金属で形成されている。導通部材４は、少なくとも１つ含まれていればよく、気密端子１の用途などに応じて、適宜設定すればよい。
　導通部材４は、セラミック基板３に形成された貫通孔３１および環状部材５に形成された第２貫通孔に挿入され、セラミック基板３に固定されている。具体的には、セラミック基板３の表面において、環状部材５を被覆するように、ろう材６を用いてろう付けされている。ろう材６としては、例えば、ＢＡｇ－８、ＢＡｇ－８Ａ、ＢＡｇ－８Ｂ、ＢＡｇ－９などが挙げられる。
　気密端子１において、セラミック基板３に形成された貫通孔３１は、図３に示すように、内周面全面にわたって、メタライズ層３２が被着されている。図３は、図２に示す領域Ｙを説明するための拡大説明図である。このように、セラミック基板３に形成された貫通孔３１の内周面全面にわたって、メタライズ層３２が被着されていることによって、外部から不可抗力がかかっても、メタライズ層３２の先端からセラミック基板３に向かうクラックの発生が抑制される。その結果、長期間にわたって気密性を維持することができる。
　メタライズ層３２を形成している金属としては限定されず、例えば、Ｍｏ－Ｍｎ合金、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ合金が挙げられる。メタライズ層３２は、例えば、１５μｍ以上４５μｍ以下の厚みを有していてもよい。メタライズ層３がＭｏ－Ｍｎ合金で形成される場合、Ｍｏの酸化を抑制するために、メタライズ層３２をＮｉメッキ層によって被覆してもよい。Ｎｉメッキ層の厚みは、例えば、３μｍ以上１０μｍ以下である。
　メタライズ層３２は、貫通孔３１の軸方向の両端部よりも軸方向の中央部の方が厚くてもよい。例えば、上記の厚み範囲内において、貫通孔３１の両端部よりも中央部の方が厚くてもよい。軸方向の両端部とは、第１開口部３１ａの近傍および第２開口部３１ｂの近傍を意味する。両端部近傍では、セラミック基板３に応力が生じやすい。セラミック基板３に加わる応力をより小さくするため、両端部のメタライズ層３２を薄くするのがよい。一方、軸方向の中央部は、加熱および冷却が繰り返されて、ろう材６が上下方向に伸縮しても、その影響を受けにくい。その結果、加熱および冷却が繰り返され、メタライズ層３２やセラミック基板３にクラックが生じても、その進展を抑制することができる。
　メタライズ層３２は、図３に示すように、セラミック基板３の第１開口部３１ａおよび第２開口部３１ｂの少なくとも一方の周縁部にまで延出していてもよい。外部から不可抗力がかかっても、メタライズ層３２の先端からセラミック基板３に向かうクラックの発生が抑制される。その結果、長期間にわたって気密性を維持することができる。
　貫通孔３１は、軸方向の両端から逆錐台状に開く第１開口部３１ａおよび第２開口部３１ｂを有している。第１開口部３１ａおよび第２開口部３１ｂが逆錐台状に開く形状を有していると、逆錐台状以外の形状（例えば、逆円錐状、逆角錐状）を有する場合よりも、第１開口部３１ａおよび第２開口部３１ｂ付近におけるセラミック基板３の応力が分散される。その結果、加熱および冷却が繰り返されても、セラミック基板３にクラックなどが発生しにくくなり、長期間にわたって使用することができる。逆錐台状は、導通部材４の形状（第１貫通孔３ａの形状）に応じて、逆円錐台状、逆角錐台状などであり得る。図１に示すように、導通部材４が円柱状の場合、逆錐台状は逆円錐台状となる。
　セラミック基板３に形成された貫通孔３１において、第１開口部３１ａと第２開口部３１ｂとは、貫通孔３１の軸方向に垂直でセラミック基板３の厚みの中心を通る仮想面に対して対称であるのがよい。このような構成によって、セラミック基板３の厚み方向（軸方向）における応力の偏在が抑制される。その結果、セラミック基板３にクラックなどが発生しにくくなり、長期間にわたって使用することができる。
　セラミック基板３に形成された貫通孔３１と導通部材４との間に位置しているろう材６が、セラミック基板３の厚み方向に長い空隙部を有していてもよい。このような空隙部が存在することによって、加熱および冷却が繰り返されても、残留応力が緩和される。空隙部の少なくとも一方の先端側は、凸状曲面を有していてもよい。空隙部の少なくとも一方の先端側が凸状曲面を有していると、凸状曲面側の先端において、応力集中が抑制される。その結果、凸状曲面側の先端からクラックの発生が抑制される。
　図２および３に示すように、環状部材５は上面から側面にかけて、ろう材６で被覆されていてもよい。環状部材５がろう材で被覆されていると、環状部材５に外部から高圧がかかっても、導通部材４が抜けにくくなる。
　図３に示すように、環状部材５の上面の上方から環状部材５外周面よりも外側に向かって、ろう材６がフィレットを形成していてもよい。ろう材６がフィレットを形成することによって、セラミック基板３、導通部材４および環状部材５に対するろう材６の接触面積を広げることができる。セラミック基板３上に、延出したメタライズ層３２と、メタライズ層３２を被覆するメッキ層（図示しない）とを備えている場合には、セラミック基板３に代え、メッキ層に対するろう材６の接触面積を広げることができる。その結果、外側に向かって引っ張る力が加わっても剥離しにくくなり、長期間にわたって使用することができる。
　本開示の他の実施形態に係る気密端子４０を図４に基づいて説明する。一実施形態と異なる構成について説明する。図４に示すように、ろう材６の断面の輪郭は、凹面７ａ，７ｂを有してもよい。凹面７ａ，７ｂを有しているので、凹面７ａ，７ｂが無い場合に比べて、ろう材６の体積を減少させることができる。このため、セラミック基板３にかかる応力が減少し、セラミック基板３のクラックの発生を特に抑制することができる。特に、凹面７ａを有しているので、セラミック基板３にかかる応力が小さくなる。
　凹面７ａと７ｂの境界には、凸面８が形成される。凸面８の頂部は、環状部材５の上面と外周面との交線に近接していてもよい。凸面８の頂部が環状部材５の上面と外周面との交線に近接していると、凸面８に近い箇所は、ろう材の厚みが薄くなる。このため、セラミック基板３にかかる応力が減少し、セラミック基板３のクラックの発生を特に抑制することができる。
　凸面８の平均曲率半径は６０μｍ以上１９０μｍ以下であってもよい。凸面８の平均曲率半径が６０μｍ以上１９０μｍ以下であると、セラミック基板３に対する導通部材４の接合強度が向上すると共に、導通部材４が金属スリーブ２の軸方向に沿って複数配置されている場合に、隣り合う導通部材４同士がろう材６によって短絡することを抑制することができる。ここで、導通部材４が円柱状であれば、凸面８は、導通部材４を囲む環状となる。
　凸面８の平均曲率半径は、形状解析レーザ顕微鏡（（株）キーエンス製、超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡（ＶＫ－Ｘ１１００またはその後継機種））を用いて測定することができる。測定条件としては、照明方式を同軸照明、倍率を１２０倍、凸面８を含む測定範囲を、例えば、１か所当たり、２７９２μｍ×２０９３μｍに設定して、プロファイル計測を行えばよい。
　具体的には、まず、１つの測定範囲において、導通部材４側からセラミック基板３側に向かって凸面８を含むように測定対象とする線を４本引く。この線１本当たりの長さは、例えば、２００μｍ以上３００μｍ以下である。測定範囲は、少なくとも３か所設定し、測定対象とする線は少なくとも１２本とする。測定対象とした１２本の線から得られた測定値の平均値を凸面８の平均曲率半径とする。
　本開示の他の実施形態に係る気密端子５０を図５に基づいて説明する。一実施形態と異なる構成について説明する。図５に示すように、セラミック基板３の第１開口部３１ａの内部に環状部材５の一部が位置してもよい。つまり、環状部材５の下面は、セラミック基板３の表面から第１開口部３１ａ側に第１貫通孔３１の軸方向に距離Ｄの位置に位置してもよい。図５のような構造を有していると、第１貫通孔３１内のろう材６の体積が、環状部材５によって低減する。このため、第１貫通孔３１に近接するセラミック基板３にかかる応力が低減し、セラミック基板３のクラックの発生を特に抑制することができる。
　本開示の他の実施形態に係る気密端子６０を図６に基づいて説明する。一実施形態と異なる構成について説明する。図６に示すように、導通部材４の外周面と環状部材５の内周面との距離が、均一でなくてもよい。図６では、導通部材４の外周面と環状部材５の内周面との距離が紙面の左側ではＷ１であり、紙面の右側ではＷ２であり、Ｗ１＞Ｗ２である。このような構造を有していることが好ましい。その理由は次のように推定される。Ｗ１がＷ２よりも大きいと、紙面の左側の領域では、第１領域５１と導通部材４との間にあるろう材６の体積が増加する。Ｗ１がＷ２よりも大きいと、紙面の左側の領域では、環状部材５の上面と外周面との交線と凸面８との距離を小さくすることができる。
　一方、紙面の右側の領域では、第１領域５１と導通部材４との間にあるろう材６の体積が増加する。紙面の右側の領域では、第１領域５１と導通部材４との間にあるろう材６の体積が減少する。これらのように、ろう材６を不均一に分布させることによって、セラミック基板３の第１開口部３１ａの一部分に局部的な応力が集中することが抑制される。その結果、セラミック基板３のクラックの発生を特に抑制することができる。
　セラミック基板３の表面に、導通部材４を囲むように、延出したメタライズ層３２と、メタライズ層３２を被覆するメッキ層とを備えている場合には、メッキ層の表面の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率の切断レベルと、粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す切断レベル差Ｒδｃ１の平均値は、セラミック基板３の表面の露出している部分の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す切断レベル差Ｒδｃ２の平均値よりも大きくてもよい。
　切断レベル差Ｒδｃ１の平均値が切断レベル差Ｒδｃ２の平均値よりも大きい場合、ろう付け部のアンカー効果が高くなるため、メッキ層に対するろう付け部の接合強度を高くすることができる。この場合、切断レベル差Ｒδｃ２の平均値は切断レベル差Ｒδｃ１の平均値よりも小さくなるので、セラミック基板３の表面と延出したメタライズ層３２との間に空隙が生じにくい状態になり、セラミック基板３に対する延出したメタライズ層３２の密着性が向上する。さらに、延出したメタライズ層３２の厚みのばらつきも抑制される。
　切断レベル差Ｒδｃ１およびＲδｃ２は、形状解析レーザ顕微鏡（（株）キーエンス製、超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡（ＶＫ－Ｘ１１００またはその後継機種））を用いて測定することができる。測定条件としては、照明方式を同軸照明、倍率を６０倍、カットオフ値λｓを無し、カットオフ値λｃを０．８ｍｍ、カットオフ値λｆを無し、終端効果の補正を有りとする。
　測定は、導通部材４の周囲のメッキ層の表面およびセラミック基板３の表面の露出している部分を対象とし、例えば、１か所当たりの測定範囲を５６５７μｍ×４２３２ｍとする。切断レベル差Ｒδｃ１を求める場合、メッキ層の表面に、導通部材４の軸心を中心とする測定対象となる円周Ｃ１を描く。円周１本当たりの長さは、例えば、６．２ｍｍ以上６．６ｍｍ以下である。切断レベル差Ｒδｃ２を求める場合、セラミック基板３の表面の露出している部分に、円周Ｃ１と同軸上に円周Ｃ２を描く。円周１本当たりの長さは、例えば、７．８ｍｍ以上８．３ｍｍ以下である。切断レベル差Ｒδｃ１およびＲδｃ２のそれぞれの測定値は、導通部材４の本数と同数になるように求め、それぞれの平均値を算出すればよい。導通部材４が１本の場合は、切断レベル差Ｒδｃ１の測定値と、切断レベル差Ｒδｃ２の測定値とを比べればよい。
　例えば、切断レベル差Ｒδｃ１の平均値は、４μｍ以上７μｍ以下であり、切断レベル差Ｒδｃ２の平均値は、１μｍ以上２μｍ以下である。特に、切断レベル差Ｒδｃ１の平均値と、切断レベル差Ｒδｃ２の平均値との差は、２μｍ以上５μｍ以下であるとよい。
　一実施形態に係る気密端子１は、例えば、次の手順で製造される。まず、金属スリーブ２を準備する。次いで、この金属スリーブ２の内周面にセラミック基板３を固定する。セラミック基板３に形成された貫通孔３１の内周面は、予め全面にわたってメタライズ加工が施され、メタライズ層３２が形成されている。メタライズ加工は、例えば、モリブデン－マンガン法（Ｍｏ－Ｍｎ法）などによって行われる。次いで、セラミック基板３に形成された貫通孔３１と、環状部材５に形成された第２貫通孔とが重なるように、セラミック基板３に環状部材５を載置する。次いで、貫通孔３１および第２貫通孔に導通部材４を挿入し、環状部材５を上面から側面にかけて被覆するように、セラミック基板３と、導通部材４および環状部材５とをろう材６で固定する。ろう材６の質量やろう付けの温度を調整することにより、フィレットの形成形状を制御することができる。このようにして、一実施形態に係る気密端子１が得られる。
　あるいは、セラミック基板３に、導通部材４および環状部材５を予めろう材６で固定した後に、金属スリーブ２の内周面にセラミック基板３を固定してもよい。
　図４に示す凹部７ａ、７ｂ、凸部８を有する他の実施形態に係る気密端子４０の製造方法について説明する。まず、金属スリーブ２を準備する。次いで、この金属スリーブ２の内周面にセラミック基板３を固定する。別途、環状部材５には、予めろう材６を被覆しておく。ろう材６が被覆された環状部材５は、例えば、ろう材６の微粉末と有機溶剤等からなるペーストを、環状部材５の周囲全体すなわち上面、下面、内周面、外周面に塗布し、加熱冷却することによって作製することができる。セラミック基板３に形成された第１貫通孔３１と、環状部材５に形成された第２貫通孔（予めろう材６が被覆されている。）とが重なるように、セラミック基板３に環状部材５を載置する。次いで、第１貫通孔３ａおよび第２貫通孔に導通部材４を挿入し、環状部材５を被覆するように、ろう材６でセラミック基板３と、導通部材４および環状部材５とを固定する。このようにして、他の実施形態に係る気密端子４０が得られる。
　図５に示すセラミック基板３の第１開口部３ａ’の内部に環状部材５の一部が位置している他の実施形態に係る気密端子５０の製造方法について説明する。セラミック基板３の第１開口部３１ａの内部に環状部材５の一部が位置している気密端子５０を製造するには、環状部材５を載置するときに、環状部材５の下面を、セラミック基板３の表面から第１開口部３１ａ側に第１貫通孔３１の軸方向に距離Ｄの位置に位置させてから、環状部材５を固定する。このようにして、他の実施形態に係る気密端子５０が得られる。
　図６のように距離Ｗ１とＷ２が異なる気密端子６０は、次のようにして製造することができる。第１の製造方法として、セラミック基板３に環状部材５を載置し、導通部材４を挿入するときに、導通部材４と環状部材５の間の間隔が不均一となるようにする。その後、環状部材４と導通部材５をろう材６で固定する。
　つまり、第１の製造方法として、まず、金属スリーブ２を準備する。次いで、この金属スリーブ２の内周面にセラミック基板３を固定する。セラミック基板３に形成された第１貫通孔３１と、環状部材５に形成された第２貫通孔とが重なるように、セラミック基板３に環状部材５を載置する。次いで、第１貫通孔３ａおよび第２貫通孔に、導通部材４と環状部材５の間の間隔が不均一となるように導通部材４を挿入する。その後、環状部材４と導通部材５をろう材６で固定する。
　第２の製造方法として、ろう材６を固定する前に、軸方向を重力に対して１０～３０°傾斜させる。その後、傾斜した状態を保持しながら、加熱してろう材を溶融し、さらに冷却してろう材６を固化する。
　つまり、第２の製造方法として、まず、金属スリーブ２を準備する。次いで、この金属スリーブ２の内周面にセラミック基板３を固定する。セラミック基板３に形成された第１貫通孔３ａと、環状部材５に形成された第２貫通孔とが重なるように、セラミック基板３に環状部材５を載置する。次いで、第１貫通孔３ａおよび第２貫通孔に導通部材４を挿入する。ろう材６で固定する前に、環状部材５の軸方向が鉛直方向に対して１０～３０°傾斜するようにセラミック基板３を傾斜させる。その後、環状部材５およびセラミック基板３の傾斜した状態を保持しながら、ろう材６を加熱した後に冷却し、導通部材４および環状部材５とを固定する。このようにして、他の実施形態に係る気密端子６０が得られる。
　切断レベル差Ｒδｃ１の平均値を切断レベル差Ｒδｃ２の平均値よりも大きくするには、セラミック基板３の上面に、予め、研削あるいは研磨を施しておけばよい。
　一実施形態に係る気密端子１は、種々の装置において使用される。このような装置としては、例えば、真空ポンプや、プラズマ成膜装置、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置等の、プラズマ処理装置などが挙げられる。
　１、４０、５０、６０　　気密端子
　２　　金属スリーブ
　３　　セラミック基板
　３１　貫通孔
　３１ａ　第１開口部
　３１ｂ　第２開口部
　３２　メタライズ層
　４　　導通部材
　５　　環状部材
　６　　ろう材

Claims (12)

  1. 　筒状の金属スリーブと、
    　該金属スリーブの内周面に固定され、前記金属スリーブの軸方向に沿って貫通孔を有するセラミック基板と、
    　前記貫通孔に挿入され、前記セラミック基板にろう材によって接合された柱状の導通部材と、
    を含み、
    　前記貫通孔は、前記軸方向の両端からそれぞれ逆錐台状に開く第１開口部および第２開口部を有し、
    　前記セラミック基板の前記貫通孔の内周面全面にわたって、メタライズ層が被着されている、
    気密端子。
  2. 　前記第１開口部および前記第２開口部は、前記貫通孔の軸方向に垂直でセラミック基板の厚みの中心を通る仮想面に対して対称である、請求項１に記載の気密端子。
  3. 　前記メタライズ層は、前記軸方向の両端部よりも前記軸方向の中央部の方が厚い、請求項１または２に記載の気密端子。
  4. 　前記セラミック基板の前記貫通孔と前記導通部材との間に位置している前記ろう材が、前記セラミック基板の厚み方向に長い空隙部を有する、請求項１～３のいずれかに記載の気密端子。
  5. 　前記空隙部の少なくとも一端は、凸状曲面を有する、請求項４に記載の気密端子。
  6. 　前記メタライズ層は、前記セラミック基板の前記第１開口部および前記第２開口部の少なくとも一方の周縁部にまで延出している、請求項１～５のいずれかに記載の気密端子。
  7. 　環状部材が、前記セラミック基板の少なくともいずれか一方の表面側で前記導通部材を囲うように配置され、前記ろう材で被覆されている、請求項１～６のいずれかに記載の気密端子。
  8. 　前記環状部材の上面の上方から前記環状部材の外周面よりも外側に向かって、前記ろう材はフィレットを形成している、請求項７に記載の気密端子。
  9. 　前記セラミック基板の第１開口部の内部に、前記環状部材の一部が位置している、請求項１～８のいずれかに記載の気密端子。
  10. 　前記フィレットは、少なくとも前記セラミック基板に近い側に、凸面を備え、該凸面の平均曲率半径は６０μｍ以上１９０μｍ以下である、請求項８に記載の気密端子。
  11. 　前記セラミック基板の表面に、前記導通部材を囲むように、メタライズ層と、該メタライズ層を被覆するメッキ層とを備え、
    　該メッキ層の表面の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率の切断レベルと、前記粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す切断レベル差Ｒδｃ１の平均値は、前記セラミック基板の表面の露出している部分の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、前記粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す切断レベル差Ｒδｃ２の平均値よりも大きい、請求項１～１０のいずれかに記載の気密端子。
  12. 　請求項１～１１のいずれかに記載の気密端子を備える、真空ポンプ。
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